Eksperyment T2K - nowa era w badaniu fundamentalnych własności przyrody :: Artykuły / Polski Serwis Naukowy

Polecamy również:

Fizycy zaobserwowali przemiany "ziemskich" neutrin

80-lecie Instytutu Historycznego Uniwersytetu Warszawskiego

10 najważniejszych odkryć naukowych roku 2009 według "Science"

Kandydatura w konkursie Popularyzator Nauki 2011 - Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego

Naukowcy wyjaśniają naturę kłopotów z pamięcią występujących w demencji

Polscy naukowcy nie muszą "jechać z tyłu"

Wiązka neutrin - cząstek elementarnych o zerowym ładunku elektrycznym - wytworzona w ramach eksperymentu T2K przeleciała przez warstwę ziemi grubości niemal 300 km i wywołała pierwszy błysk w japońskim detektorze Super-Kamiokande. Eksperyment ma pomóc wyjaśnić tajemnice tzw. zjawiska oscylacji neutrin. Biorą w nim udział naukowcy z kilkunastu państw, w tym z Polski.

Jak informuje rzecznik Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku dr Marek Pawłowski, w ramach eksperymentu T2K (Tokai to Kamioka) w japońskim detektorze Super-Kamiokande zarejestrowano ślad pierwszego neutrina pochodzącego z laboratorium J-PARC w Tokai. Wiązka neutrin bez przeszkód pokonała warstwę ziemi grubości 295 km. Eksperyment T2K otwiera nową erę w badaniu fundamentalnych własności przyrody.

"Dla fizyków zajmujących się neutrinami projekt T2K ma taką rangę, jak akcelerator LHC dla badaczy protonów i kwarków" - mówi prof. Danuta Kiełczewska z Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku i Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.

Dr Pawłowski wyjaśnia, że neutrina oddziałują za pomocą oddziaływań grawitacyjnych i jądrowych słabych. Grawitacja w świecie cząstek elementarnych nie odgrywa obecnie żadnej roli, a oddziaływania jądrowe słabe mają zasięg 1000 razy mniejszy od rozmiarów protonu. Czynniki te powodują, że neutrina muszą znaleźć się niezwykle blisko innych cząstek, by mogły one zareagować na ich obecność. W rezultacie, aby mieć pewność zatrzymania neutrina, należałoby zbudować tarczę z ołowiu grubości tysięcy lat świetlnych.

"Laboratorium w Tokai będzie wytwarzać najsilniejsze wiązki neutrin na świecie, mimo to spodziewamy się, że w podziemnym detektorze Super-Kamiokande będziemy rejestrować tylko pojedyncze zdarzenia" - mówi prof. Agnieszka Zalewska z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie.

Badania neutrin cieszą się zainteresowaniem fizyków z powodu intrygującej zagadki. W przyrodzie występują trzy rodzaje neutrin, różniące się masą: elektronowe, mionowe i taonowe. Gdy w 1967 roku w kopalni złota Homestake w Południowej Dakocie przeprowadzono pierwsze pomiary liczby neutrin elektronowych, powstających na Słońcu w wyniku reakcji termojądrowych, uzyskano wynik trzykrotnie niższy od oczekiwanego. Z kolei na przełomie wieków w detektorze Super-Kamiokande mierzono liczbę neutrin mionowych tworzących się podczas oddziaływania promieniowania kosmicznego z ziemską atmosferą. Wyniki zależały od kierunku obserwacji: neutrin napływających z góry było dwukrotnie więcej niż napływających z dołu. Rezultaty te tłumaczy się obecnie oscylacjami neutrin.

"Oscylacje neutrin są efektem ze świata kwantów, gdzie cząstki mogą przebywać w stanie będącym mieszaniną kilku różnych stanów. Na co dzień jesteśmy przyzwyczajeni do tego, że dany obiekt ma ściśle określoną, niezmienną masę. Fizycy przypuszczają jednak, że neutrina znajdują się w mieszaninie stanów o różnych masach. Stany te ciągle oscylują" - tłumaczy rzecznik IPJ. W rezultacie tam, gdzie dominuje jeden stan, obserwujemy neutrino o odpowiadającej mu masie, a nieco dalej, gdzie dominuje drugi lub trzeci stan, widzimy neutrino o innej masie - a więc innego typu.

Podstawowym celem eksperymentu T2K jest zbadanie zjawiska oscylacji neutrin. Wiązka tych cząstek, wytwarzana w synchrotronie w laboratorium w Tokai, trafia do znajdującego się w odległości zaledwie 280 m tzw. detektora bliskiego, a następnie przelatuje przez warstwę ziemi grubości niemal 300 km do detektora dalekiego, którym jest Super-Kamiokande. Fizycy spodziewają się, że pomiary liczby neutrin poszczególnych typów w obu detektorach będą różne i pozwolą lepiej poznać charakter oscylacji.

"Problem w tym, że oscylacje neutrin mogą zachodzić tylko wtedy, gdy neutrina mają masę, co bardzo trudno wytłumaczyć za pomocą obecnych teorii" - mówi prof. Agnieszka Zalewska. Fizycy starają się znaleźć głębszą teorię badając zjawiska zachodzące w zderzeniach protonów w akceleratorze LHC, ale jest możliwe, że na jej trop uda się wpaść dzięki obserwacjom neutrin w eksperymencie T2K.

Dr Pawłowski wyjaśnia, że polscy naukowcy w eksperymencie T2K współpracowali przy budowie i uruchamianiu elementów bliskiego detektora ND280. Detektor ten znajduje się w Tokai, w odległości 280 m od źródła neutrin i pierwsze ślady przelotów neutrin zarejestrował już w listopadzie ubiegłego roku.

Jednym z najważniejszych elementów ND280 jest rozległy detektor mionów SMRD (Side Muon Range Detector). Zadanie SMRD polega na rejestrowaniu mionów, cząstek powstających w wyniku oddziaływania neutrin z materią. Zespół inżynierów i techników z Instytutu Fizyki Jądrowej w Krakowie opracował system montażu rosyjskich elementów tego detektora, a w ich przygotowaniu i instalacji uczestniczyła także grupa z Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku.

Z kolei grupa teoretyków z Uniwersytetu Wrocławskiego przygotowuje symulacje komputerowe, których wyniki pozwalają precyzyjniej optymalizować aparaturę, a w przyszłości ułatwią interpretację zebranych danych o przelotach neutrin. W badaniach uczestniczą także naukowcy z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, Uniwersytetu Śląskiego i Politechniki Warszawskiej.

W sumie w skład międzynarodowego zespołu naukowego odpowiedzialnego za eksperyment T2K wchodzi 508 fizyków z 62 instytucji naukowych z 12 krajów.

Źródło:
PAP - Nauka w Polsce

komentuj publikację

Czy wiesz że...?

wersja BETA

KamLAND (Kamioka Liquid Scintillator Antineutrino Detector) - eksperyment neutrinowy, badający oscylacje neutrin reaktorowych. Detektor o masie 1 000 ton, wypełniony ciekłym scyntylatorem i zawierający ok. 1 850 fotopowielaczy, znajduje się w Japonii w kopalni w Kamioce (na miejscu detektora Kamiokande). pełny tekst

Problem neutrin słonecznych (ang. Solar Neutrino Problem) rozbieżność pomiędzy zmierzoną liczbą neutrin słonecznych docierających do Ziemi ze Słońca a teoretycznym modelem wnętrza Słońca. Problem pojawił się w połowie lat 60. XX wieku, a udało się go rozwiązać dopiero w roku 2002 dzięki lepszemu zrozumieniu fizyki neutrin. Wymagało to modyfikacji fizyki cząstek elementarnych. pełny tekst

Oscylacje neutrin zjawisko zaproponowane, aby wyjaśnić zbyt małą liczbę neutrin pochodzących ze Słońca obserwowanych na Ziemi (tzw. problem neutrin słonecznych). pełny tekst

OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus Oscylacyjny Projekt z użyciem Emulsyjnego Rejestrującego Aparatu) eksperyment fizyczny przeprowadzony w CERN pod Genewą przy użyciu Supersynchrotronu Protonowego. Badano zjawisko oscylacji neutrin. 23 września 2011 roku ogłoszono przekroczenie prędkości światła przez wiązkę neutrin mionowych, co jest niezgodne z teorią względności Einsteina. pełny tekst

Problem neutrin słonecznych (ang. Solar Neutrino Problem) rozbieżność pomiędzy zmierzoną liczbą neutrin słonecznych docierających do Ziemi ze Słońca, a teoretycznym modelem wnętrza Słońca. Problem pojawił się w połowie lat 60. XX wieku, a udało się go rozwiązać dopiero w roku 2002 dzięki lepszemu zrozumieniu fizyki neutrin. Wymagało to modyfikacji fizyki cząstek elementarnych. pełny tekst

Moduł "Czy wiesz że...?" (wersja testowa, beta): definicje/pojęcia wygenerowane w obrębie tego modułu pochodzą z Wikipedii i udostępniane są na licencji Creative Commons: uznanie autorstwa, na tych samych warunkach, z możliwością obowiązywania dodatkowych ograniczeń. Dostęp do pełnej wersji każdego hasła (oraz dokładnch informacji na temat licencji, autora oraz edycji) możliwy jest po kliknięciu w odnośnik opisany jako "pełny tekst".